OOP und JAVA (Vorlesung 11-13) - Benutzer-Homepagesprg2/SS2007/folien/... · 1 OOP und JAVA (Vorlesung 11-13) Modul: Programmierung B-PRG Grundlagen der Programmierung II Prof. Dot.-Ing

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OOP und JAVA(Vorlesung 11-13)

Modul: Programmierung B-PRGGrundlagen der Programmierung II

Prof. Dot.-Ing. Roberto Zicari

unter Mitarbeit von N. Hoebel und C. Schefels

Professur für Datenbanken und Informationssysteme (FB 12)

27.06 / 04.07 / 11.7 2007

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Teil 1 - Java

Grundlagen

Klassen, Attribute

Methoden

Grundlagen der Programmierung II DBIS - SS20073

Java 2 - Geschichte

Ursprung:„Green“-Project bei der Firma Sun Microsystems 1991

Entwicklung eines Systems mit folgenden Eigenschaften:

• hardwareunabhängig

• möglichst klein

Einsatzgebiet: Konsumgeräte, z.B. Umschalter für das Kabelfernsehen

basierend auf C++ (objektorientiert) ohne dessen Schwierigkeiten

Name: zuerst OAK (Object Application Kernel), später Java

Durchbruch: Ende 1995, 1998 dann JAVA 2


Schlagwörter

• „Objektorientiert“

• „Einfach“

• „Verteilt“

• „Sicher“

• „Dynamisch“

• „Robust“

• „Multithreaded“

• „Interpretiert“ & „Plattformunabhängig“


Java 2 - Varianten• Micro Edition (J2ME) für eingebettete Systeme, PDAs, Smart Phones etc.

• Standard Edition (J2SE)„normales“ JDK - Java Development Kit

• Enterprise Edition (J2EE)EJBs, Servlets

Ab der Version Java 1.2 spricht man von Java 2!

Die zur Zeit neuste Version ist Java 1.6und ist bekannt als Edition 6, ‘Mustang‘-Release.

Online:

Die Varianten können heruntergeladen werden unter:

http://java.sun.com


JDK Paket

Das JDK enthält Compiler, Interpreter, Debugger und Klassenbibliotheken, aber keinen Editor !

Verzeichnisstruktur

\jdk Stammverzeichnis\docs Dokumentation in HTML\bin Compiler und Tools\demo Beispieldateien\include Dateien für native Methoden\lib Bibliotheksdateien\src Quellcode der Bibliotheken


Plattformunabhängigkeit von Java

Erinnerung: Übliche Übersetzungsvorgänge bei Programmiersprachen

• Compiler (bei Modula-2, C usw.):

• Interpreter (bei Basic, Lisp usw.):

MODULE p;

VAR n,i:INTEGER;

BEGIN

FOR i:=1 TO n DO

n:=n*n;

END;

END p.

Programm (Quellcode)

Compiler

00010110010

11001001001

00001110001

11111000001

10101010100

11001100011

11001100111

11000111001

Maschinencode

Ausführung Ergebnis

10 INPUT n$

20 FOR i=1 TO 10

30 PRINT “Hi”,n$

40 NEXT

Anweisung Nr. i

Interpreterer 00010110010

11001001001

Maschinencode

Ausführung Ergebnis Nr. i


class Dreieck extends GeoObj {

double seite,hoehe,alpha;

Dreieck(double s,

double h, double a) {

this.seite=s;

this.hoehe=h; this.alpha=a;}

double berechneFlaeche() {

return 0.5*seite*hoehe);}

}

Java Quellcode

Java

Compiler

Java Bytecode

(plattform-

unabhängig)

Java-

Interpreter

(i686-CPU)

Java-

Interpreter

(SPARC)

Java-

Interpreter

(Power PC)

Ergebnis

Ergebnis

Ergebnis


Vorgehensweise bei Java (Java Virtual Machine)



Eigenschaften der Java Virtual Machine

• Die Virtuelle Maschine ist eine Art „Universaltranslater“.(vgl. mit Raumschiff Enterprise)

• Der Bytecode ist der „Maschinencode“ der Virtuellen Maschine.� von der Virtuellen Maschine direkt ausführbar

• Die Virtuelle Maschine ist für alle gängigen Systeme verfügbar.(Windows, Solaris, Linux usw.)

• Die Virtuelle Maschine ist z.B. auch in WWW-Browsern integriert.� Einsatz von sog. „Applets“ möglich.


Arten von Java-Programmen

Applikationen:

• „normale“ Programme (vergleichbar mit anderen Sprachen wie Modula-2, C)

• eigenständig und ohne Sicherheitseinschränkungen

• Eine auszuführende Klasse muss eine main-Methode enthalten

• Aufruf durch den Java-Interpreter java

Applets:

• Java-Programme für den Einsatz in einem WWW-Browser

• Einbettung in eine HTML-Seite durch das <applet>- oder das <object>-Tag

• nicht eigenständig

• keine main-Methode erforderlich; spezielle Schnittstelle

• Sandbox-Prinzip / Sicherheitseinschränkungen

• JRE (Java Runtime Environment)

Server-Anwendungen:

• Servlets (Java Server Pages), Enterprise Java Beans


Dateinamen (Endung)

• Quellcode auf *.java

• Compilierter Code auf *.class

• case sensitiveJava unterscheidet zwischen Groß- und Kleinschreibung (auch im Quellcode)!


Applikationen - Entwicklungsprozess Erster Schritt: Erstellen einer Klasse Hello (in einem Editor) mit dem Namen „Hello.java“

class Hello {

public static void main(String args[]) {

System.out.println(“Hello Students!”);

}

}

Zweiter Schritt: Compilieren des Quellcodes Aufruf: „javac Hello.java“Ergebnis: autom. Erzeugen des Bytecodes „Hello.class“

Dritter Schritt: Evtl. Ausführen des Programms�Aufruf: „java Hello“ (Ausgeführt wird immer die main-Methode!)

Ausgabe: „Hello Students!“


Entwicklungsprozess

Problem, die auftreten könnten beim Compilieren

• die Umgebungsvariablen PATH und CLASSPATH müssen gesetzt werden. Z.B. durch path=%path%;c:\jdk\bin

set CLASSPATH=c:\jdk\lib

– Win95/98 in der Datei autoexec.bat

– WinNT in der Systemsteuerung -> System -> Umgebung

– WinXP in der Systemsteuerung -> System -> Erweitert

-> Umgebungsvariablen

- Linux-Bash: export=$PATH:/usr/share/jdk


Entwicklungsprozess

• bei der Verwendung von Paketen (package) muß der Compiler und der Interpreter über dem Verzeichnis aufgerufen werden. c:\javacode> javac c:\javacode\paket1\datei.java

c:\javacode> java paket1.datei

das Paket (=Verzeichnis) ist hier paket1.


Programmstruktur:Klassen, Methoden und Variablen

class ClassName {

type variablenName = anfangswert ;

rückgabeType methodenName(type parameter1, …){

}

}

Ein erstes Beispiel:

class Student {

int semester;

int getSemester() {

return semester;

}


Klassen, Methoden und Variablen

Objekt student1 erzeugen:

Student student1 = new Student();

Methode aufrufen und Rückgabewert speichern:

int semanzahl = student1.getSemester();

Konstruktor:

Student() { … }

Student(int semester) { … }


Applets

Beispiel:

package simpleapplet;

import java.awt.Graphics;

class HelloWorld extends java.applet.Applet {

public void paint (Graphics g) {

g.drawString(“Hallo Welt!”, 10, 10);

}

}


Einbindung des Applet in HTML

<html>

<body>

<applet

codebase = "."

code = "simpleapplet.HelloWorld.class"

width = "400"

height = "300"

>

</applet>

</body>

</html>


Ausführen des Applets


Java Entwicklungsumgebungen

Eine Entwicklungsumgebung (Integrated Development

Environment – IDE) hilft dem Entwickler beim Erstellen und Debuggen von Programmen.

Beispiele für Java Entwicklungsumgebungen:

• Web Sphere von IBM (basiert auf Eclipse)

• JBuilder von Borland

• Sun ONE Studio von Sun Microsystems (basiert auf NetBeans)

• ... und viele mehr!


OpenSource: Eclipse 3.1


Eclipse

• Eclipse 3.x unter: www.eclipse.org

• PlugIn Omondo für UML www.omondo.de„Eclipse UML free Edition“ !!!


Java - API - Dokumentation

http://java.sun.com/j2se/1.5.0/docs/api/


Java – API: Klasse Applet






Literatur zu Java• Java Homepage Sun: http://java.sun.com

• Java API Specification: http://java.sun.com/javase/6/docs/api/

• Java Compiler JDK 5.0 und Virtuelle Maschine JRE 5.0:http://java.sun.com/javase/downloads/index.jsp

• Java Tutorial: http://java.sun.com/developer/onlineTraining/new2java/index.html

• Horstmann, Cornell: "Core Java 2, Band 1", Addison-Wesley

• Java News: http://www.onjava.com/

• Reading: „Thinking in Java 3“ von Bruce Eckel !!!

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Teil 2 – OO

Einführung in die Objektorientierung


Objektorientierung

Das Objektmodell beschreibt „die Welt“

als eine Menge interagierender Objekte.


Kurze Wiederholung von:

• Objekt

• Klasse

• Attribute

• Methoden

• Identität eines Objektes

• Lebenszeit eines Objektes

• Vererbung


Objekt

Ein Objekt (Instanz) ist

• eine individuelle, benennbare reale oder abstrakte Einheit mit einer wohldefinierten Rolle.

• eine klar abgrenzbare Einheit mit Merkmalen(Zustand und Verhalten) und einer Identität.

• eine Ausprägung einer Klasse.

• eine gekapselte Datenstruktur, die zur Laufzeit des Programms Speicherplatz belegt und die nur über die Operationen der definierten Schnittstelle manipuliert werden kann.


Klasse

Eine Klasse (Typ, Schablone) ist

• die Spezifikation einer Menge von Objekten mit gleicher Struktur und gleichem Verhalten („Schablone“).

• eine Realisierung eines abstrakten Datentyps (ADT).

• ein benutzerdefinierter Typ in einer objektorientierten Programmiersprache.

• eine zur Compilezeit des Programms notwendige Typspezifikation.


Beispiele

• „Mr. and Mrs. Smith“-DVD

• „King Kong“-DVD

DVD

• ein Kreis mit dem Radius 5 und Mittelpunkt (42,17)

• eine Pyramide mit Grundfläche 3x4 und Höhe 6

usw.

Geometrische Formen

• mein Auto

• dein Auto

• das Auto mit dem Kennzeichen F-CB 2000

usw.

PKW

Objekte (Instanzen)Klasse


Attribute und Zustand

Die Attribute eines Objekteslegen die Eigenschaften und Zustände des Objektes fest.

Der Zustand eines Objektesist die Gesamtheit der Attribute eines Objektes plus ihre momentanen Werte.

F-CB 2000

DA-XY 123

Typ

Farbe

km/h

PKW


Methoden

Methoden• sind auf einem Objekt ausführbare Operationen.

• werden durch eintreffende Nachrichten ausgelöst.

• können den Objekt-Zustand verändern.

• werden innerhalb einer Klasse definiert.

Es gibt mehrere Arten von Methoden:Modifikation � ändert Zustand

Selektion � liest Zustand

Iteration � wiederholte Modifikation oder Selektion

Konstruktion � kreiert ein Objekt und initialisiert Zustand

Destruktion � löscht Zustand und zerstört ein Objekt


Verhalten eines Objektes

Das Verhalten eines Objektes• sind die Aktionen und Reaktionen des Objektes.

• wird durch die Methoden der Klasse des Objekts realisiert.

• wird durch den Aufruf der Methoden verursacht.

F-CB 2000

DA-XY 123

Typ

Farbe

km/h

PKW

beschleunigen()

bremsen()

VW

Rot

60

BMW

Gelb

100


Identität eines Objektes• Objekte sind mittels Referenz eindeutig identifizierbar.

• Objekte haben eine Identität und meistens einen oder mehrere Namen bzw. Referenzen.

• Objekte belegen einen Teil des Speichers.

• Der Zustand eines Objektes kann sich ändern, nicht seine Identität.

• Gleicher Zustand (also der gleiche Wert) bedeutet nicht gleiche Identität! � Dies ist besonders bei Vergleichsoperationen zu beachten.


Identität eines Objektes

Ein Objekt ohne Namen besitzt zwar eine Identität, ist aber nicht (mehr) erreichbar � Garbage Collection.

Objekt ohne Namen Objekt mit zwei Namen und zwei Referenzen

meinAuto Referenz 2

Referenz 1deinAuto keine Referenzen


Lebenszeit von Objekten

Die Lebenszeit eines Objektes ist die Zeit zwischen

• der Kreierung des Objektes und

• dem Löschen des Objektes (bzw. der Löschung der letzten Referenz) mit anschließender Garbage Collection.

Garbage CollectionJava gibt automatisch den Speicher unbenutzter Objekte frei!

Hat man die Referenzen vieler Objekte auf NULL gesetzt, kann man mit System.gc() der Virtuellen Maschine den Einsatz des GarbageCollectors empfehlen. System.gc() sollte jedoch nur sehr sparsam verwendet werden!


Vererbung (Inheritance) in der OOP

Eigenschaften der Vererbung von einer Oberklasse zu seinen Unterklassen

Die Unterklasse hat alle Merkmale der Oberklasse und istihr damit ähnlich. Sie kann die geerbten Attribute und Methoden unverändert benutzen oder neu definieren (überschreiben).

Eine Unterklasse besitzt im Allgemeinen zusätzliche Attribute und Methoden. Sie ist eine Spezialisierung, Konkretisierung und Erweiterung ihrer Oberklasse.

Eine Unterklasse befindet sich auf einem niedrigeren Abstraktionsgrad als die Oberklasse.

Die Vererbung ist transitiv.

Eine Unterklasse kann selbst wieder Oberklasse sein. Dadurch ergibt sich eine Baumstruktur, die so genannte Vererbungsstruktur oderKlassenhierarchie.


Ein Beispiel für die Vererbung aus der Praxis...


Beispiel für eine Klassenhierarchie (1)

Kraftfahrzeug ist eine Klasse mit den drei Attributen Typ, Farbe und kmh und den beiden Methoden beschleunigen() und bremsen().

Es gibt aber auch „spezielle“ Kraftfahrzeuge, die ein zusätzliches, gemeinsames Merkmal haben.

Typ, Farbe, kmh

beschleunigen()

bremsen()

Kraftfahrzeug



LKW ist eine Unterklasse von Kraftfahrzeug. Sie erbt alle Eigenschaften von ihrer Oberklasse, hat aber die zusätzlicheMethode anhängen().

Es gibt auch Kraftfahrzeuge, die keine LKWs sind.

Typ, Farbe, kmh

beschleunigen()

bremsen()

Kraftfahrzeug

LKW anhängen()



Omnibus, PKW und LKW sind jeweils Unterklassen der Klasse Kraftfahrzeug. LKW hat eine zusätzliche Methode, Omnibus ein zusätzliches Attribut. Die drei Unterklassen erben alle Merkmale der Oberklasse Kraftfahrzeug.

Aber es gibt es auch mehrere, verschiedene Arten von PKWs, die besondere Merkmale haben.

Typ, Farbe, kmh

beschleunigen()

bremsen()

Omnibus Stehplätze

Kraftfahrzeug

PKW LKW anhängen()



Cabriolet und Limousine können zusätzliche Methoden bzw. Attribute haben. Beide erben alle Merkmale von PKW und damit auch von Kraftfahrzeug.

Eine solche Hierarchie lässt sich beliebig fortsetzen.

Typ, Farbe, kmh

beschleunigen()

bremsen()

Omnibus Stehplätze

Kraftfahrzeug

PKW LKW anhängen()

Limousine Cabriolet Verdeck öffnen()


Mehrfach-Vererbung

Typ, Farbe, kmh

beschleunigen()

bremsen()

Fahrzeug

PKW LKW anhängen() Schiff

Amphibien- Fahrzeug

Mehrfach-Vererbung ist in Java nicht möglich!


Beschäftigen Sie sich insbesondere

mit allen Stellen, die im Skript mit

diesem Symbol markiert sind.

Study By Yourself!

48

Teil 3 - UML

Einführung in UML

Anwendungsfalldiagramme


Was ist ein Modell?

• Ein Modell ist eine Vereinfachung der Realität.

• Wir könne ein komplexes Systemin seiner Gesamtheit nicht erfassen.Wir bauen deshalb Modelle, um das zuentwickelnde System besser zu verstehen.

• Prinzip „teile und herrsche“


Warum modellieren?

Beispiel: Der Bau einer Hundehütte

Man braucht nur einen Hammer, Nägelund ein paar Bretter, baut diese zusammen und der Hund ist glücklich.

� Kein Modellieren nötig!


Warum modellieren?

Beispiel: Der Bau eines Hochhauses

• Ohne Planung und Arbeitsteilung unmöglich

• Viele Auflagen

• Sehr hohe Kosten

• Ansprüche der Mieter

�� Modellieren unumgänglich!


Ziele der Modellierung

• Modelle helfen, ein System zu visualisieren, so wie es ist oder wie wir es wünschen.

• Modelle ermöglichen uns, die Struktur oder das Verhalten eines Systems zu spezifizieren.

• Modelle liefern uns eine Schablone, die uns beimKonstruieren eines Systems anleitet.

• Modelle dokumentieren die getroffenenEntscheidungen.

UML (Unified Modeling Language) ist eine Standardsprache zum Entwerfen von Softwaremodellen.


Modellieren mit UML

• UML ermöglicht objektorientiertes Modellieren.

• Da UML standardisiert ist, können die Modelle von anderen Anwendern verstanden werden.

• UML ermöglich „Forward-Engineering“: Aus einem UML-Modell kann der Code einer Programmiersprache erzeugt werden (Java, C++...).

• UML ermöglich „Reverse-Engineering“: Aus dem Code einer Implementierung kann ein entsprechendes UML-Modell erzeugt werden.


Modell-Typen in UMLEs ist sinnvoll, für die verschiedenen Sichtweisen auf ein System unterschiedliche Modelle zu verwenden.

Klassendiagramm Anwendungsfalldiagramm

KundenProgrammierer

Hier: Statiker


Sichtweisen auf das System

In UML können verschiedene Sichtweisen auf ein System anschaulich modelliert werden.

Für den Anwender (Kunde) existiert das Anwendungsfalldiagramm.

Das Klassendiagramm repräsentiert ein Model für den Code eines Systems und ist somit sehr hilfreich für den Programmierer. Aber es ist sehr technisch und deshalb nicht für alle Anwender geeignet.


Multiple Diagramme in UML 2.0


Einführendes Beispiel

• Wir wollen ein einfaches Modell für eine Flaschen-Pfandmaschine erstellen.

• Die Maschine soll eine Flasche aufnehmen, die Flasche prüfen und falls diese akzeptiert wurde, den Pfand ausgeben.

• Beispiel für eine reale Pfandmaschine z.B. im Aldi-Supermarkt.


Flaschen-Pfandmaschine

Grundlegende Funktionsweise:

Kunde

Leergut

Geld oder Bon Pfandmaschine


Klassendiagramm

Pfandmaschine

geld: int

zahle(betrag: int)

Flaschen-Pfandmaschine

anzFlaschen: int

nimm_Flasche()

Flasche

groesse: float0...* 0,1

nimmt auf��


Anwendungsfalldiagramm

Beispiel Pfandmaschine

Pfandmaschine

KundeTechnikerin


Zustandsdiagramm

bereit

Fehler bearbeitend

Flasche aufnehmend

Fehler aufgetreten

Flasche abgearbeitet

Flasche am Sensor

Fehler behoben

Fehler nicht behebbar

(ZUSTAND)

(ÜBERGANG)

(START)

(ENDE)

Fehler aufgetreten


Sequenzdiagramm

PfandmaschineFlaschenmechanik

nimmEineFlasche()

habeFlasche()

ZE

IT

(acknowledgement)


Informationen zu UML

UML wurde aus mehreren Modellierungssprachen von Grady Booch, Jim Rumbaugh und Ivar Jacobsonentwickelt und ist seit dem Jahr 1997 von der OMG(Object Management Group) standardisiert.

Momentan ist die Version 2.1.1 aktuell:http://www.omg.org/technology/documents/formal/uml.htm

Einige interessante Links zu UML:

• UML Resource Page: www.uml.org

• Rational: http://www-306.ibm.com/software/rational/uml/

• OMG Homepage: www.omg.org


Literatur zu OO und UML

• Heide Balzert: „Lehrbuch der Objektmodellierung“, Spektrum AV

• B. Oestereich, C. Weiss, : „Objektorientierte Geschäftsprozessmodellierung mit der UML“dpunkt.verlag

• Grady Booch, Jim Rumbaugh, Ivar Jacobson: „Das UML Benutzerhandbuch“, Addison-Wesley

• Grechenig, Zuser: „SE mit UML und dem Unified Process“, Pearson


Tools für Diagramme in UML 2

Übersicht 100 UML Tools:

• www.jeckle.de/umltools.htm

Generierung von Code aus UML:

• z.B. Eclipse Omondowww.omondo.de


Beschäftigen Sie sich insbesondere

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